JPWO2013137173A1 - Biosensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
酵素層およびメディエータ層それぞれが酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含むことにより、長期間保管可能なバイオセンサを簡単に製造することができる技術を提供する。酵素層106bおよびメディエータ層106cが反応層106として一緒に形成されるので、従来のように、カバー層130および電極層110それぞれに個別に酵素層106bおよびメディエータ層106cをそれぞれ形成する必要がなく、簡単に反応層106を形成することができ、酵素層106bおよびメディエータ層106cそれぞれが酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含むことにより、保管状態において、酵素とメディエータとの反応が抑制されると共に、メディエータ層106cのメディエータが還元されるのが抑制されるため、長期期間保管可能なバイオセンサ100を簡単に製造することができる。Provided is a technique capable of easily producing a biosensor that can be stored for a long period of time by including a hydrophilic polymer that does not have an oxygen atom double bond in each of an enzyme layer and a mediator layer. Since the enzyme layer 106b and the mediator layer 106c are formed together as the reaction layer 106, it is not necessary to form the enzyme layer 106b and the mediator layer 106c separately on the cover layer 130 and the electrode layer 110, respectively, as in the prior art. The reaction layer 106 can be easily formed, and each of the enzyme layer 106b and the mediator layer 106c contains a hydrophilic polymer that does not have a double bond of an oxygen atom. And the reduction of the mediator of the mediator layer 106c is suppressed, so that the biosensor 100 that can be stored for a long period of time can be easily manufactured.
Description
本発明は、作用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、キャビティを形成するためのスリットが形成されて電極層に積層されるスペーサ層と、キャビティに連通する空気穴が形成されてスペーサ層に積層されるカバー層と、作用極および対極に設けられた反応層とを備えるバイオセンサの製造方法に関する。 The present invention includes an electrode layer provided with an electrode system including a working electrode and a counter electrode, a spacer layer in which a slit for forming a cavity is formed and stacked on the electrode layer, and an air hole communicating with the cavity. The present invention relates to a biosensor manufacturing method including a cover layer laminated on a spacer layer and a reaction layer provided on a working electrode and a counter electrode.
図10の従来のバイオセンサに示すように、作用極501および対極(図示省略)と参照極502とを含む電極系と、測定対象物質と特異的に反応する酵素を含む酵素層503aおよびメディエータを含むメディエータ層503bから成る反応層とを有するバイオセンサ500を用いて、試料に含まれる測定対象物質と反応層とが反応することで生成される還元物質を作用極501と対極との間に電圧を印加して酸化することにより得られる酸化電流を計測することで測定対象物質の定量を行う物質の測定方法が知られている(例えば特許文献1参照)。
As shown in the conventional biosensor of FIG. 10, an electrode system including a working
図10に示すバイオセンサ500は、ポリエチレンテレフタレートやポリイミドなどの絶縁性基板に電極が設けられて形成された電極層504と、電極層に設けられた各電極間の短絡を防止するための絶縁体層505と、カバー層506とが積層されて形成される。また、電極層504にメディエータ層503bが設けられ、カバー層506に酵素層503aが設けられており、電極層504とカバー層506とが、それぞれに設置された両面テープから成る接着層508により互いに貼りあわされることで、酵素層503aおよびメディエータ層503bが分離して互いに離隔した状態で配置されている。
A
また、電極層504には、作用極501および対極と参照極502とが設けられ、これらの電極501,502にそれぞれ電気接続される電極パターンが設けられることにより電極層504に電極系が形成されている。
The
そして、酵素層503aおよびメディエータ層503bが対向する空間内に液体から成る試料が供給されると、供給された試料が各電極501,502および反応層に接触すると共に、反応層が試料に溶解する。
When a liquid sample is supplied into the space where the enzyme layer 503a and the mediator layer 503b face each other, the supplied sample comes into contact with the
また、カバー層506に設けられた酵素層503aには、試料に含まれるグルコースに特異的に反応するグルコースオキシダーゼおよび親水性高分子が含まれている。また、作用極501および対極上に設けられたメディエータ層503bには、メディエータ(電子受容体)としてのフェリシアン化カリウムおよび親水性高分子が含まれている。そして、酵素層503aおよびメディエータ層503bそれぞれに含まれる親水性高分子により、各層503a,503bの剥離が防止されている。
The enzyme layer 503a provided on the
また、フェリシアン化カリウムが試料に溶解することによるフェリシアン化イオンは、グルコースオキシダーゼと反応してグルコースがグルコノラクトンに酸化される際に放出される電子により還元体であるフェロシアン化イオンに還元される。したがって、バイオセンサ500にグルコースを含む試料が供給されると、フェリシアン化イオンはグルコースが酸化されることにより放出される電子により還元されるため、試料に含まれて酵素反応により酸化されるグルコースの濃度に応じた量だけフェリシアン化イオンの還元体であるフェロシアン化イオンが生成される。
In addition, ferricyanide ions produced by the dissolution of potassium ferricyanide in the sample are reduced to ferrocyanide ions, which are reductants, by electrons released when glucose is oxidized to gluconolactone by reacting with glucose oxidase. The Therefore, when a sample containing glucose is supplied to the
このよう構成されたバイオセンサ500では、酵素反応の結果生じたメディエータの還元体を作用極501上で酸化することにより得られる酸化電流が試料中のグルコース濃度に依存した大きさとなるため、この酸化電流を計測することにより試料に含まれるグルコースの定量を行うことができる。
In the
ところで、酵素層503aに含まれる酵素とメディエータ層503bに含まれるメディエータとがバイオセンサ500の保管状態において反応することにより、メディエータが経時的に還元されるため、バイオセンサ500を用いた測定対象物質の測定精度が劣化するおそれがある。そこで、上記したバイオセンサ500では、反応層を形成する酵素層503aおよびメディエータ層503bが分離して互いに離隔された状態で配置されることにより、酵素によるメディエータの還元が防止されている。しかしながら、このように構成すると、バイオセンサ500が長期間保管されることにより酵素およびメディエータが反応して反応層が劣化するのを防止できる一方で、電極層504およびカバー層506それぞれに個別にメディエータ層503bおよび酵素層503aを形成しなければならず手間がかかり、製造コストの増大を招いていた。
By the way, the enzyme contained in the enzyme layer 503a and the mediator contained in the mediator layer 503b react in the storage state of the
また、酵素層503aおよびメディエータ層503bそれぞれに含まれる親水性高分子は、各層503a,503bの剥離を防止したり、例えば血液試料がバイオセンサ500に供給された場合に、血液試料を濾過して血球の移動を阻止することで、血液試料のヘマトクリット値が測定に与える影響を抑制する機能を有している。その一方で、親水性高分子はメディエータ層503bに含まれるメディエータを還元することが知られている。例えばバイオセンサ500が長期間保管されることにより、親水性高分子によるメディエータの還元が徐々に進み、上記した酸化電流を測定する際に、親水性高分子により還元されたメディエータの還元体が酸化することによる酸化電流もバックグランド電流として、測定対象である酸化電流と一緒に測定されるので、測定精度が劣化する。
The hydrophilic polymer contained in each of the enzyme layer 503a and the mediator layer 503b prevents the separation of the layers 503a and 503b, or filters the blood sample when the blood sample is supplied to the
したがって、従来では、バイオセンサ500に使用期限を設け、使用期限を過ぎて長期間保管されたバイオセンサ500は測定精度が劣化するため廃棄されており、試料に含まれる測定対象物質の測定において、ランニングコストの増大を招いていた。以上のように、従来では、親水性高分子がメディエータに与える影響について十分な検討が為されていなかった。
Therefore, conventionally, the
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、酵素層およびメディエータ層それぞれが酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含むことにより、長期間保管可能なバイオセンサを簡単に製造することができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and each of the enzyme layer and the mediator layer includes a hydrophilic polymer that does not have a double bond of an oxygen atom. It aims at providing the technique which can be manufactured in this.
上記した目的を達成するために、本発明のバイオセンサは、絶縁性基板の一方面に作用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、スリットが形成されて、前記スリットが前記作用極および前記対極の先端側に配置されて前記電極層の前記一方面に積層されるスペーサ層と、前記電極層および前記スリットにより形成されて試料が供給されるキャビティと、前記キャビティに連通する空気穴が形成されて前記キャビティを被覆して前記スペーサ層に積層されるカバー層と、前記キャビティに露出する前記作用極および前記対極の先端側に設けられた反応層とを備えるバイオセンサの製造方法において、測定対象物質と反応する酵素および酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む酵素層を形成する酵素層形成工程と、メディエータおよび酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含むメディエータ層を形成するメディエータ層形成工程とを有する反応層形成工程を備えることを特徴としている(請求項1)。 In order to achieve the above-described object, the biosensor of the present invention includes an electrode layer provided with an electrode system including a working electrode and a counter electrode on one surface of an insulating substrate, a slit, and the slit serving as the function. A spacer layer disposed on the tip side of the electrode and the counter electrode and stacked on the one surface of the electrode layer; a cavity formed by the electrode layer and the slit and supplied with a sample; and air communicating with the cavity A biosensor manufacturing method comprising: a cover layer in which a hole is formed to cover the cavity and stacked on the spacer layer; and a reaction layer provided on a tip side of the working electrode and the counter electrode exposed to the cavity An enzyme layer forming step of forming an enzyme layer containing an enzyme that reacts with a substance to be measured and a hydrophilic polymer that does not have a double bond of an oxygen atom; It is characterized in that it comprises a reaction layer formation step and a mediator layer forming step of forming a mediator layer containing data and a hydrophilic polymer having no double bond oxygen atom (claim 1).
このように構成された発明では、スペーサ層のスリットにより形成されたキャビティに露出する作用極および対極の先端側に設けられる反応層は、測定対象物質と反応する酵素および酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む酵素層を形成する酵素層形成工程と、メディエータおよび酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含むメディエータ層を形成するメディエータ層形成工程とを有する反応層形成工程により形成される。したがって、酵素層およびメディエータ層が、電極層に設けられた作用極および対極の先端側に反応層として一緒に形成されるので、従来のように、カバー層および電極層それぞれに酵素層およびメディエータ層をそれぞれ個別に形成する必要がなく、簡単に反応層を形成することができる。 In the invention configured as described above, the reaction layer provided on the tip side of the working electrode and the counter electrode exposed to the cavity formed by the slit of the spacer layer has a double bond between the enzyme that reacts with the measurement target substance and oxygen atoms. An enzyme layer forming step for forming an enzyme layer containing a hydrophilic polymer that does not have, and a mediator layer forming step for forming a mediator layer containing a mediator and a hydrophilic polymer that does not have a double bond of an oxygen atom It is formed by the reaction layer forming step. Therefore, since the enzyme layer and the mediator layer are formed together as a reaction layer on the tip side of the working electrode and the counter electrode provided in the electrode layer, the enzyme layer and the mediator layer are respectively formed on the cover layer and the electrode layer as in the conventional case. It is not necessary to form each individually, and a reaction layer can be formed easily.
また、酵素および酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む酵素層と、メディエータおよび酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含むメディエータ層とが形成されることにより、酵素層に含まれる酵素およびメディエータ層に含まれるメディエータの周囲が酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子により囲まれると共に、酸素およびメディエータが分離された状態で反応層が形成される。本願発明者による鋭意検討の結果、親水性高分子が酸素原子の二重結合を有する場合に、酸素結合の二重結合を有する官能基がメディエータに対して求核攻撃することによりメディエータが還元されると考えられるため、このように構成すると、酵素およびメディエータの周囲が酸素原子の2重結合を有さない親水性高分子により囲まれた状態となるので、バイオセンサの保管状態において反応層に含まれるメディエータおよび酵素が接触するのを防止できると共に、メディエータが親水性高分子により還元されるのを抑制することができる。 In addition, an enzyme layer containing an enzyme and a hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond, and a mediator and a mediator layer containing a hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond are formed. Makes it possible to surround the enzyme contained in the enzyme layer and the mediator contained in the mediator layer with a hydrophilic polymer that does not have a double bond of oxygen atoms, and to form a reaction layer with oxygen and mediator separated. Is done. As a result of intensive studies by the inventor of the present application, when the hydrophilic polymer has an oxygen atom double bond, the mediator is reduced by the nucleophilic attack of the functional group having the oxygen bond double bond against the mediator. Therefore, with this configuration, the enzyme and mediator are surrounded by a hydrophilic polymer that does not have a double bond of oxygen atoms. The mediator and the enzyme contained can be prevented from coming into contact with each other, and the mediator can be prevented from being reduced by the hydrophilic polymer.
したがって、本試薬構造を採用することにより長期期間保管可能なバイオセンサを簡単に製造することができる。 Therefore, a biosensor that can be stored for a long period of time can be easily manufactured by employing this reagent structure.
また、酵素層が形成された後にメディエータ層が形成されており、電極層により近い位置に酵素層が配置されている。酵素はメディエータより拡散速度が小さいので、電極近傍での酵素・メディエータ量が、メディエータの上に酵素が積層された場合より多くなり、センサの応答性と測定精度が向上する。 Further, the mediator layer is formed after the enzyme layer is formed, and the enzyme layer is disposed at a position closer to the electrode layer. Since the enzyme has a lower diffusion rate than the mediator, the amount of enzyme / mediator in the vicinity of the electrode is larger than when the enzyme is laminated on the mediator, and the responsiveness and measurement accuracy of the sensor are improved.
また、前記反応層形成工程は、前記酵素層形成工程の後であって前記メディエータ層形成工程の前に実行される、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む第1中間層を形成する第1中間層形成工程をさらに有しているとよい(請求項2)。 The reaction layer forming step is a first intermediate including a hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond, which is performed after the enzyme layer forming step and before the mediator layer forming step. It is good to further have the 1st intermediate | middle layer formation process which forms a layer (Claim 2).
このように構成すると、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む第1中間層が、酵素層とメディエータ層との間に第1中間層形成工程により形成されるため、酵素層に含まれる酵素がメディエータ層に含まれるメディエータに接触するのが第1中間層により防止されるので、酵素層に含まれる酵素とメディエータ層に含まれるメディエータとが反応するのをさらに抑制することができる。 With this configuration, the first intermediate layer containing a hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond is formed between the enzyme layer and the mediator layer by the first intermediate layer forming step. Since the first intermediate layer prevents the enzyme contained in the layer from coming into contact with the mediator contained in the mediator layer, it further suppresses the reaction between the enzyme contained in the enzyme layer and the mediator contained in the mediator layer. Can do.
また、前記反応層形成工程は、前記酵素層形成工程の前に実行される、酸素原子の二重結合を有する親水性高分子を含む親水層を形成する親水層形成工程をさらに有していてもよい(請求項3)。 The reaction layer forming step further includes a hydrophilic layer forming step of forming a hydrophilic layer including a hydrophilic polymer having a double bond of an oxygen atom, which is performed before the enzyme layer forming step. (Claim 3).
このように構成すると、酵素層が形成される前に、酸素原子の二重結合を有する親水性高分子を含む親水層が親水層形成工程により形成されるが、一般的に、酸素原子の二重結合を有する親水性高分子は、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子よりも血球等の移動を阻止する効果が高い。したがって、電極層に設けられた親水層には、酸素原子の二重結合を有する親水性高分子が含まれているため、バイオセンサのキャビティに例えば血液試料が供給された場合に、親水層の親水性高分子により血液試料が効率よく濾過されて血液試料に含まれる血球の移動が阻止されるので、血液試料のヘマトクリット値の差異に伴う測定精度への影響を低減することができる。したがって、正確で信頼性の高いバイオセンサを提供することができる。 With this configuration, before the enzyme layer is formed, a hydrophilic layer containing a hydrophilic polymer having a double bond of oxygen atoms is formed by the hydrophilic layer forming step. A hydrophilic polymer having a heavy bond has a higher effect of blocking the movement of blood cells and the like than a hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond. Therefore, since the hydrophilic layer provided in the electrode layer contains a hydrophilic polymer having a double bond of oxygen atoms, for example, when a blood sample is supplied to the cavity of the biosensor, the hydrophilic layer Since the blood sample is efficiently filtered by the hydrophilic polymer and movement of blood cells contained in the blood sample is prevented, the influence on the measurement accuracy due to the difference in the hematocrit value of the blood sample can be reduced. Therefore, an accurate and highly reliable biosensor can be provided.
また、前記反応層形成工程は、前記親水層形成工程の後であって前記酵素層形成工程の前に実行される、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む第2中間層を形成する第2中間層形成工程をさらに有しているとよい(請求項4)。 The reaction layer forming step is a second intermediate including a hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond, which is performed after the hydrophilic layer forming step and before the enzyme layer forming step. It is good to further have the 2nd intermediate | middle layer formation process which forms a layer (Claim 4).
このように構成すると、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む第2中間層が、親水層と酵素層との間に第2中間層形成工程により形成されるため、親水層に含まれる酸素原子の二重結合を有する親水性高分子がメディエータ層に含まれるメディエータに接触するのが第2中間層により防止されるので、メディエータ層に含まれるメディエータが親水層の親水性高分子により還元されるのをさらに抑制することができる。 If comprised in this way, since the 2nd intermediate | middle layer containing the hydrophilic polymer which does not have the double bond of an oxygen atom is formed by a 2nd intermediate | middle layer formation process between a hydrophilic layer and an enzyme layer, Since the second intermediate layer prevents the hydrophilic polymer having a double bond of oxygen atoms contained in the layer from contacting the mediator contained in the mediator layer, the mediator contained in the mediator layer is hydrophilic in the hydrophilic layer. Reduction by the polymer can be further suppressed.
また、前記酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子は、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールのうちの少なくとも1つを含むとよい(請求項5)。 The hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond includes at least one of hydroxypropylmethylcellulose, hydroxypropylcellulose, methylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, polyvinyl alcohol, and polyethylene glycol. Good (Claim 5).
このように構成すると、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールのうちの少なくとも1つが酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子として試薬層に含まれることにより、試薬層に含まれるメディエータが還元されるのを防止することができると共に、試薬層が親水層から剥離するのを防止することができるので、実用的な構成のバイオセンサを提供することができる。 When configured in this way, at least one of hydroxypropylmethylcellulose, hydroxypropylcellulose, methylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, polyvinyl alcohol, and polyethylene glycol is a reagent as a hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond. By being contained in the layer, the mediator contained in the reagent layer can be prevented from being reduced, and the reagent layer can be prevented from peeling off from the hydrophilic layer. Can be provided.
また、前記酸素原子の二重結合を有する親水性高分子は、少なくともカルボキシメチルセルロース含むとよい(請求項6)。 The hydrophilic polymer having a double bond of oxygen atoms may contain at least carboxymethylcellulose.
このように構成すると、酸素原子の二重結合を有する親水性高分子として少なくともカルボキシメチルセルロースを含む親水層を電極層上に設けることにより、親水層に積層される試薬層が剥離するのを防止することができる。また、バイオセンサのキャビティに例えば血液試料が供給された場合に、親水層の親水性高分子により血液試料が濾過されて血液試料に含まれる血球の移動が阻止されるので、血液試料のヘマトクリット値の差異に伴う測定精度への影響を低減することができる。 If comprised in this way, it will prevent that the reagent layer laminated | stacked on a hydrophilic layer peels by providing the hydrophilic layer which contains at least carboxymethylcellulose as a hydrophilic polymer which has a double bond of an oxygen atom on an electrode layer. be able to. In addition, for example, when a blood sample is supplied to the cavity of the biosensor, the blood sample is filtered by the hydrophilic polymer of the hydrophilic layer and the movement of blood cells contained in the blood sample is prevented, so the hematocrit value of the blood sample It is possible to reduce the influence on the measurement accuracy due to the difference.
本発明によれば、酵素層およびメディエータ層が、電極層に設けられた作用極および対極の先端側に反応層として一緒に形成されるので、従来のように、カバー層および電極層それぞれに酵素層およびメディエータ層をそれぞれ個別に形成する必要がなく、簡単に反応層を形成することができ、酵素層およびメディエータ層それぞれが酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含むことにより、保管状態において、酵素層に含まれる酵素と、メディエータ層に含まれるメディエータとの接触が抑制され、メディエータ層のメディエータが還元されるのが抑制されるため、長期期間保管可能なバイオセンサを簡単に製造することができる。 According to the present invention, the enzyme layer and the mediator layer are formed together as the reaction layer on the tip side of the working electrode and the counter electrode provided in the electrode layer. It is not necessary to form a layer and a mediator layer separately, a reaction layer can be formed easily, and each of the enzyme layer and the mediator layer contains a hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond. In the storage state, the contact between the enzyme contained in the enzyme layer and the mediator contained in the mediator layer is suppressed, and the reduction of the mediator in the mediator layer is suppressed. Can be manufactured.
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態にかかるバイオセンサおよびこのバイオセンサの製造方法について図1〜図4を参照して説明する。<First Embodiment>
A biosensor according to a first embodiment of the present invention and a method for manufacturing the biosensor will be described with reference to FIGS.
(バイオセンサの構成および製造方法)
図1は本発明の第1実施形態にかかるバイオセンサを示す図であって、(a)は分解斜視図、(b)は斜視図である。図2は図1のバイオセンサのキャビティ部分の横断面図である。図3は本発明の第1実施形態にかかるバイオセンサの製造方法を示す図であって、(a),(b)はそれぞれ異なる工程を示す。(Configuration and manufacturing method of biosensor)
1A and 1B show a biosensor according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is an exploded perspective view and FIG. 1B is a perspective view. FIG. 2 is a cross-sectional view of the cavity portion of the biosensor of FIG. FIG. 3 is a diagram showing a method for manufacturing the biosensor according to the first embodiment of the present invention, wherein (a) and (b) show different steps.
この発明のバイオセンサ100は、作用極101および対極102を含む電極系と、メディエータおよび測定対象物質と反応する酵素を含む反応層106とを有し、測定器(図示省略)に装着されて使用されるものである。すなわち、測定器に装着されたバイオセンサ100の先端側に設けられたキャビティ103に供給された血液などの試料に含まれるグルコースなどの測定対象物質と、バイオセンサ100に設けられた反応層106とが反応することで生成される還元物質を、作用極101と対極102との間に電圧を印加して酸化することにより得られる酸化電流を計測することで、試料に含まれる測定対象物質の定量が行われる。
The
すなわち、バイオセンサ100は、図1および図2に示すように、それぞれ、セラミック、ガラス、プラスチック、紙、生分解性材料、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁性材料により形成された、作用極101および対極102を含む電極系が設けられた電極層110と、キャビティ103に連通する空気穴105が形成されたカバー層130と、キャビティ103を形成するためのスリット104が形成され、電極層110およびカバー層130に挟まれて配置されるスペーサ層120とが、試料導入口103aが設けられる先端側が揃った状態で積層されて接着されることにより形成される。また、作用極101および対極102上には、試料に含まれるグルコースなどの測定対象物質と反応する酵素を含む反応層106が設けられている。そして、後端側から測定器の所定の挿入口に挿入されて装着されることで、バイオセンサ100は測定器に装着される。
That is, as shown in FIGS. 1 and 2, the
この実施形態では、電極層110は、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁性材料から成る絶縁性基板により形成される。また、電極層110を形成する絶縁性基板の一方面に、白金、金、パラジウムなどの貴金属やカーボン、銅、アルミニウム、チタン、ITO、ZnOなどの導電性物質から成る導電層が、スクリーン印刷やスパッタリング蒸着法により形成されている。そして、絶縁性基板の一方面に形成された導電層に、レーザ加工やフォトリソグラフィによるパターン形成が施されることにより、作用極101および対極102と、バイオセンサセンサチップ100が測定器に装着されたときに、作用極101および対極102のそれぞれと測定器とを電気的に接続する電極パターン101a,102aとを含む電極系が形成される。
In this embodiment, the
また、作用極101および対極102は、それぞれの先端側が、キャビティ103に露出するように配置される。また、作用極101および対極102のそれぞれの後端側の電極パターン101a,102aは、試料導入口103aと反対側の電極層110の端縁であって、スペーサ層120が積層されない電極層110の端縁まで延伸されて形成される。
In addition, the working
次に、上記したようにして形成された電極層110にスペーサ層120が積層される。スペーサ層120は、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁性材料から成る基板により形成され、基板の先端縁部のほぼ中央にキャビティ103を形成するためのスリット104が形成されている。そして、スリット104が、作用極101および対極102の先端側に配置されて、スペーサ層120が電極層110の一方面を部分的に被覆して積層されることにより、電極層110およびスリット104により試料が供給されるキャビティ103が形成される。
Next, the
続いて、電極層110にスペーサ層120が積層されて形成されるキャビティ103部分が、プラズマにより洗浄処理された後に、反応層106が形成される。なお、プラズマ洗浄工程において使用されるプラズマは、酸素プラズマ、窒素プラズマ、アルゴンプラズマなど、プラズマによる金属活性化処理において使用される種々のプラズマを使用することができ、減圧プラズマであっても大気圧プラズマであってもよい。
Subsequently, after the cavity 103 formed by stacking the
図3(a),(b)に示すように、反応層106は、カバー層130がスペーサ層120に積層される前に、キャビティ103に露出する作用極101および対極102の先端側に、酵素および酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含有する試薬202と、メディエータおよび酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含有する203とを順番に滴下することにより形成される。また、キャビティ104への血液などの試料の供給を円滑にするために、界面活性剤やリン脂質などの親水化剤がキャビティ104内壁に塗布される。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
具体的には、反応層106は、電極層110上に酵素および酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む酵素層106bと、酵素層106bに積層され、メディエータおよび酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含むメディエータ層106cとを備え、反応層形成工程により次のようにして形成される。
Specifically, the
すなわち、図3(a)に示すように、酵素および酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子としてメチルセルロースを含有する試薬202が滴下装置200からキャビティ103に所定量滴下されて乾燥することにより酵素層106bが形成される(酵素層形成工程)。次に、図3(b)に示すように、メディエータおよび酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子としてヒドロキシプロピルメチルセルロースを含有する試薬203が滴下装置200からキャビティ103に所定量滴下されて乾燥することによりメディエータ層106cが形成されることにより(メディエータ層形成工程)、反応層106が形成される。
That is, as shown in FIG. 3A, a predetermined amount of a
以上のように、この実施形態では、酵素層形成工程およびメディエータ層形成工程により本発明の「反応層形成工程」が構成されている。 As described above, in this embodiment, the “reaction layer forming step” of the present invention is constituted by the enzyme layer forming step and the mediator layer forming step.
また、酵素としては、グルコースオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、ザルコシンオキシダーゼ、フルクトシルアミンオキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、ヒドロキシ酪酸デヒドロゲナーゼ、コレステロールエステラーゼ、クレアチニナーゼ、クレアチナーゼ、DNAポリメラーゼなどを用いることができ、これらの酵素を検出したい測定対象物質(グルコース、乳酸、コレステロール、アルコール、ザルコシン、フルクトシルアミン、ピルビン酸、ヒドロキシ酪酸など)に応じて選択することで種々のセンサを形成することができる。 Examples of enzymes include glucose oxidase, lactate oxidase, cholesterol oxidase, alcohol oxidase, sarcosine oxidase, fructosylamine oxidase, pyruvate oxidase, glucose dehydrogenase, lactate dehydrogenase, alcohol dehydrogenase, hydroxybutyrate dehydrogenase, cholesterol esterase, creatininase , Creatinase, DNA polymerase, etc. can be used, and these enzymes can be selected according to the measurement target substance (glucose, lactic acid, cholesterol, alcohol, sarcosine, fructosylamine, pyruvic acid, hydroxybutyric acid, etc.) to be detected. Various sensors can be formed.
例えば、グルコースオキシダーゼまたはグルコースデヒドロゲナーゼを用いれば血液試料中のグルコースを検出するグルコースセンサを形成でき、アルコールオキシダーゼまたはアルコールデヒドロゲナーゼを用いれば血液試料中のエタノールを検出するアルコールセンサを形成でき、乳酸オキシダーゼを用いれば血液試料中の乳酸を検出する乳酸センサを形成でき、コレステロールエステラーゼとコレステロールオキシダーゼとの混合物を用いれば総コレステロールセンサを形成できる。 For example, glucose oxidase or glucose dehydrogenase can be used to form a glucose sensor that detects glucose in a blood sample, and alcohol oxidase or alcohol dehydrogenase can be used to form an alcohol sensor that detects ethanol in a blood sample. For example, a lactic acid sensor for detecting lactic acid in a blood sample can be formed, and a total cholesterol sensor can be formed by using a mixture of cholesterol esterase and cholesterol oxidase.
また、メディエータとしては、フェリシアン化カリウム、フェロセン、フェロセン誘導体、ベンゾキノン、キノン誘導体、オスミウム錯体、ルテニウム錯体などを用いることができる。 As the mediator, potassium ferricyanide, ferrocene, ferrocene derivatives, benzoquinone, quinone derivatives, osmium complexes, ruthenium complexes, and the like can be used.
また、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子として、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールなどを用いることができる。なお、試薬202,203それぞれに、酵素およびメディエータと一緒に混合される酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子は増粘剤として機能する。また、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子は、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
Further, as the hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxypropylcellulose, methylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, or the like can be used. In addition, the hydrophilic polymer which does not have the double bond of the oxygen atom mixed with the enzyme and the mediator in each of the
また、親水化剤としては、TritonX100(シグマアルドリッチ社製)、Tween20(東京化成工業社製)、ビス(2−エチルヘキシル)スルホコハク酸ナトリウムなどの界面活性剤、レシチンなどのリン脂質を用いることができる。また、親水化剤は、上記したようにキャビティ104に塗布する以外に、試薬202,203それぞれに混合してキャビティ104に滴下したり、試薬層が形成された後にキャビティ104に滴下してもよい。また、試料に含まれるイオン濃度のばらつきを低減するために、リン酸などの緩衝剤を設けてもよい。
Moreover, as hydrophilizing agents, surfactants such as Triton X100 (manufactured by Sigma Aldrich), Tween 20 (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), sodium bis (2-ethylhexyl) sulfosuccinate, and phospholipids such as lecithin can be used. . In addition to applying the hydrophilizing agent to the
次に、反応層106がキャビティ103に形成された後に、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁性材料から成る基板により形成されたカバー層130が、スペーサ層120に積層されることにより、バイオセンサ100が形成される。図1(a),(b)に示すように、カバー層130には、スペーサ層120に積層されたときにキャビティ103と連通する空気穴105が形成されており、カバー層130は、キャビティ103を被覆してスペーサ層120に積層される。
Next, after the
なお、この実施形態では、バイオセンサ100は、血液中のグルコースの定量を行うことを目的に形成されており、測定対象物質としてのグルコースと特異的に反応する酵素としてFAD(フラビンアデニンジヌクレオチド)を補酵素とするGDH(グルコースデヒドロゲナーゼ)(以下、FAD−GDHと表記する)を含み、測定対象物であるグルコースとFAD−GDHとの反応により生成される電子により還元されて還元物質と成るメディエータとしてフェリシアン化カリウムを含む反応層106がキャビティ103に露出する作用極101および対極102の先端側に設けられている。
In this embodiment, the
このように構成されたバイオセンサ100では、先端の試料導入口103aに血液から成る試料を接触させることにより、毛細管現象により試料が空気穴105に向かって吸引されてキャビティ103に試料が供給される。そして、キャビティ103に供給された試料に反応層106が溶解することにより、試料中の測定対象物質であるグルコースとFAD−GDHとの酵素反応により電子が放出され、放出された電子によりフェリシアン化イオンが還元されて還元物質であるフェロシアン化イオンが生成される。そして、反応層106が試料に溶解することによる酸化還元反応により生成された還元物質を、バイオセンサ100の作用極101と対極102との間に電圧(例えば0.3V)を印加して電気化学的に酸化することにより、作用極101と対極102との間に流れる酸化電流を計測することで試料中のグルコースの定量が測定器において行われる。なお、バイオセンサ100の作用極101と対極102との間に電圧が印加された後、3〜5秒後の電流値が酸化電流として計測される。
In the
(バックグランド電流の比較例)
図4はバイオセンサの保管期間とバックグランド電流との関係を示す図であり、横軸が保管期間(h)を示し、縦軸がバックグランド電流の大きさ(μA)を示す。また、同図中の◆は、酵素層106bおよびメディエータ層106cが酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含まない従来のバイオセンサのバックグランド電流を示し、同図中の■は、本実施形態のバイオセンサ100のバックグランド電流を示す。なお、バックグランド電流の測定は、バックグランド電流測定用の試料をキャビティ103に供給した後、通常の手順と同様に酸化電流を計測することにより行った。(Background current comparison example)
FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the storage period of the biosensor and the background current, where the horizontal axis indicates the storage period (h), and the vertical axis indicates the magnitude of the background current (μA). Also, ◆ in the figure indicates the background current of a conventional biosensor in which the enzyme layer 106b and the mediator layer 106c do not contain a hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond, Indicates the background current of the
図4に示すように、バイオセンサの保管期間が長くなるのに伴い、従来のバイオセンサでは経時的にバックグランド電流が増大するのに対して、本実施形態のバイオセンサ100ではバックグランド電流が増大するのが抑制されている。
As shown in FIG. 4, the background current increases with time in the conventional biosensor as the storage period of the biosensor increases, whereas in the
以上のように、この実施形態によれば、スペーサ層120のスリット104により形成されたキャビティ103に露出する作用極101および対極102の先端側に設けられる反応層106は、測定対象物質であるグルコースと反応する酵素および酸素原子の二重結合を有さないメチルセルロースを含む酵素層106bを形成する酵素層形成工程と、メディエータおよび酸素原子の二重結合を有さないヒドロキシプロピルメチルセルロースを含むメディエータ層を形成するメディエータ層形成工程とを有する反応層形成工程により形成される。したがって酵素層106bおよびメディエータ層106cが、電極層110に設けられた作用極101および対極102の先端側に反応層106として一緒に形成されるので、従来のように、カバー層130および電極層110それぞれに酵素層106bおよびメディエータ層106cをそれぞれ形成する必要がなく、簡単に反応層106を形成することができる。
As described above, according to this embodiment, the working
また、酵素および酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む酵素層106bと、メディエータおよび酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含むメディエータ層106cとが形成されることにより、酵素層106bに含まれる酵素およびメディエータ層106cに含まれるメディエータの周囲が酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子により囲まれると共に、酸素およびメディエータが分離された状態で反応層106が形成される。本願発明者による鋭意検討の結果、親水性高分子が酸素原子の二重結合を有する場合に、酸素結合の二重結合を有する官能基がメディエータに対して求核攻撃することによりメディエータが還元されると考えられるため、このように構成すると、酵素およびメディエータの周囲が酸素原子の2重結合を有さない親水性高分子により囲まれた状態となるので、バイオセンサ100の保管状態において反応層106に含まれるメディエータおよび酵素が接触するのを防止できると共に、メディエータが親水性高分子により還元されるのを抑制することができる。
In addition, an enzyme layer 106b including a hydrophilic polymer having no enzyme and oxygen atom double bond, and a mediator layer 106c including a mediator and a hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond are formed. As a result, the enzyme included in the enzyme layer 106b and the mediator included in the mediator layer 106c are surrounded by a hydrophilic polymer that does not have a double bond of oxygen atoms, and the oxygen and the mediator are separated. A
したがって、酵素層106bおよびメディエータ層106cそれぞれが酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含むことにより、保管状態において、酵素層106bが含む酵素とメディエータ層106cが含むメディエータとの反応が抑制されると共に、メディエータ層106cのメディエータが還元されるのが抑制されるため、長期期間保管可能なバイオセンサを簡単に製造することができる。 Therefore, each of the enzyme layer 106b and the mediator layer 106c contains a hydrophilic polymer that does not have an oxygen atom double bond, so that the enzyme contained in the enzyme layer 106b reacts with the mediator contained in the mediator layer 106c in the storage state. And the reduction of the mediator of the mediator layer 106c is suppressed, so that a biosensor that can be stored for a long period of time can be easily manufactured.
また、酵素層106bが形成された後にメディエータ層106cが形成されており、電極層1110により近い位置に酵素層106bが配置されているので、キャビティ103に供給された試料に溶解したメディエータが電極層110に向かって拡散する際に、酵素反応の結果、試料中のグルコースなどの測定対象物質が酸化されることにより放出された電子が豊富な酵素層106bを通過することになるため、電極層110に向かって拡散するメディエータが効率よく還元されるので実用的である。
In addition, the mediator layer 106c is formed after the enzyme layer 106b is formed, and the enzyme layer 106b is disposed at a position closer to the electrode layer 1110. Therefore, the mediator dissolved in the sample supplied to the cavity 103 is not electrode layer. When diffusing toward the
また、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールのうちの少なくとも1つが酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子として試薬層に含まれることにより、試薬層に含まれるメディエータが還元されるのを防止することができると共に、試薬層が電極層110または親水層106aから剥離するのを防止することができるので、実用的な構成のバイオセンサ110を提供することができる。
Further, at least one of hydroxypropylmethylcellulose, hydroxypropylcellulose, methylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, polyvinyl alcohol, and polyethylene glycol is included in the reagent layer as a hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond. Thus, the mediator contained in the reagent layer can be prevented from being reduced, and the reagent layer can be prevented from peeling off from the
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態にかかるバイオセンサの製造方法について図5を参照して説明する。図5は本発明の第2実施形態にかかるバイオセンサのキャビティ部分の横断面図である。この実施形態が上記した第1実施形態と異なるのは、図5に示すように、酵素層形成工程の後であってメディエータ層形成工程の前に実行される第1中間層形成工程において酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む試薬がキャビティ103に所定量滴下されて乾燥することにより、酵素層106bとメディエータ層106cとの間に、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む中間層106d(第1中間層)がさらに形成される点である。その他の構成は上記した第1実施形態と同一であるため、その構成および動作の説明は同一符号を付すことにより省略する。Second Embodiment
A biosensor manufacturing method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the cavity portion of the biosensor according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, this embodiment differs from the first embodiment described above in the first intermediate layer forming step performed after the enzyme layer forming step and before the mediator layer forming step. When a predetermined amount of a reagent containing a hydrophilic polymer having no double bond is dropped into the cavity 103 and dried, the enzyme layer 106b and the mediator layer 106c have a double bond of oxygen atoms. An intermediate layer 106d (first intermediate layer) containing no hydrophilic polymer is further formed. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment described above, the description of the configuration and operation is omitted by attaching the same reference numerals.
このように構成すると、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む中間層106dが、酵素層106bとメディエータ層106cとの間に第1中間層形成工程により形成されるため、酵素層106bに含まれる酵素がメディエータ層106cに含まれるメディエータに接触するのが中間層106dにより防止されるので、酵素層106bに含まれる酵素とメディエータ層106cに含まれるメディエータとが反応するのをさらに抑制することができる。 With this configuration, since the intermediate layer 106d containing a hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond is formed between the enzyme layer 106b and the mediator layer 106c by the first intermediate layer forming step, Since the intermediate layer 106d prevents the enzyme contained in the enzyme layer 106b from contacting the mediator contained in the mediator layer 106c, the enzyme contained in the enzyme layer 106b reacts with the mediator contained in the mediator layer 106c. Further suppression can be achieved.
<第3実施形態>
本発明の第3実施形態にかかるバイオセンサの製造方法について図6を参照して説明する。図6は本発明の第3実施形態にかかるバイオセンサのキャビティ部分の横断面図である。この実施形態が上記した第1実施形態と異なるのは、図6に示すように、酵素層形成工程の前に実行される親水層形成工程において酸素原子の二重結合を有する親水性高分子としてカルボキシメチルセルロース(CMC)を含む試薬がキャビティ103に所定量滴下されて乾燥することにより、酵素層106bが形成される前に電極層110上に親水層106aが形成される点である。その他の構成は上記した第1実施形態と同一であるため、その構成および動作の説明は同一符号を付すことにより省略する。<Third Embodiment>
A biosensor manufacturing method according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the cavity portion of the biosensor according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, this embodiment differs from the first embodiment described above as a hydrophilic polymer having a double bond of oxygen atoms in the hydrophilic layer forming step performed before the enzyme layer forming step. A predetermined amount of a reagent containing carboxymethylcellulose (CMC) is dropped into the cavity 103 and dried, whereby the hydrophilic layer 106a is formed on the
このように構成すると、酵素層106bが形成される前に、酸素原子の二重結合を有する親水性高分子(CMC)を含む親水層106aが親水層形成工程により形成されるが、一般的に、酸素原子の二重結合を有する親水性高分子は、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子よりも血球等の移動を阻止する効果が高い。したがって、電極層110に設けられた親水層106aには、酸素原子の二重結合を有する親水性高分子が含まれているため、バイオセンサ100のキャビティ103に例えば血液試料が供給された場合に、親水層106aの親水性高分子により血液試料が効率よく濾過されて血液試料に含まれる血球の移動が阻止されるので、血液試料のヘマトクリット値の差異に伴う測定精度への影響を低減することができる。
With this configuration, before the enzyme layer 106b is formed, the hydrophilic layer 106a containing a hydrophilic polymer (CMC) having a double bond of oxygen atoms is formed by the hydrophilic layer forming step. The hydrophilic polymer having a double bond of oxygen atom has a higher effect of blocking the movement of blood cells and the like than the hydrophilic polymer having no double bond of oxygen atom. Accordingly, since the hydrophilic layer 106a provided in the
したがって、正確で信頼性の高いバイオセンサ100を提供することができる。また、酸素原子の二重結合を有する親水性高分子を含む親水層106aを電極層110上に設けることにより、親水層106aに積層される酵素層106bが剥離するのを防止することができる。
Therefore, an accurate and highly
なお、酸素原子の二重結合を有する親水性高分子として、カルボニル基、アシル基、カルボキシル基、アルデヒド基、スルホ基、スルホニル基、スルホキシド基、トシル基、ニトロ基、ニトロソ基、エステル基、ケト基、ケテン基などを有するポリマーを用いることができる。また、酸素原子の二重結合を有する親水性高分子は、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 The hydrophilic polymer having a double bond of oxygen atom includes carbonyl group, acyl group, carboxyl group, aldehyde group, sulfo group, sulfonyl group, sulfoxide group, tosyl group, nitro group, nitroso group, ester group, keto group. A polymer having a group, a ketene group, or the like can be used. Two or more hydrophilic polymers having a double bond of an oxygen atom may be used in combination.
また、図7のバイオセンサの変形例のキャビティ部分の横断面図に示すように、図5のバイオセンサ100において、酵素層106bが形成される前に親水層形成工程により親水層106aを電極層110上に形成してもよい。このように構成しても同様の効果を奏することができる。
Moreover, as shown in the cross-sectional view of the cavity portion of the modified example of the biosensor of FIG. 7, in the
<第4実施形態>
本発明の第4実施形態にかかるバイオセンサの製造方法について図8を参照して説明する。図8は本発明の第4実施形態にかかるバイオセンサのキャビティ部分の横断面図である。この実施形態が上記した第3実施形態と異なるのは、図8に示すように、親水層形成工程の後であって酵素層形成工程の前に実行される第2中間層形成工程において酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む試薬がキャビティ103に所定量滴下されて乾燥することにより、親水層106aと酵素層106bとの間に、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む中間層106d(第2中間層)がさらに形成される点である。その他の構成は上記した第1実施形態と同一であるため、その構成および動作の説明は同一符号を付すことにより省略する。<Fourth embodiment>
A biosensor manufacturing method according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of the cavity portion of the biosensor according to the fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, this embodiment differs from the third embodiment described above in the second intermediate layer forming step performed after the hydrophilic layer forming step and before the enzyme layer forming step. When a predetermined amount of a reagent containing a hydrophilic polymer having no double bond is dropped into the cavity 103 and dried, oxygen atoms have a double bond between the hydrophilic layer 106a and the enzyme layer 106b. An intermediate layer 106d (second intermediate layer) containing no hydrophilic polymer is further formed. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment described above, the description of the configuration and operation is omitted by attaching the same reference numerals.
このように構成すると、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む中間層106dが、親水層106aと酵素層106bとの間に第2中間層形成工程により形成されるため、親水層106aに含まれる酸素原子の二重結合を有する親水性高分子がメディエータ層106cに含まれるメディエータに接触するのが中間層106dにより防止されるので、メディエータ層106cに含まれるメディエータが親水層106aの親水性高分子により還元されるのを抑制することができる。 With this configuration, the intermediate layer 106d containing a hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond is formed between the hydrophilic layer 106a and the enzyme layer 106b by the second intermediate layer forming step. Since the intermediate layer 106d prevents the hydrophilic polymer having a double bond of oxygen atoms contained in the hydrophilic layer 106a from coming into contact with the mediator contained in the mediator layer 106c, the mediator contained in the mediator layer 106c becomes a hydrophilic layer. Reduction by the hydrophilic polymer 106a can be suppressed.
また、図9のバイオセンサの変形例のキャビティ部分の横断面図に示すように、図7のバイオセンサ100において、酵素層106bが形成される前に第2中間層形成工程により、親水層106a上に中間層106dを形成してもよい。このように構成しても同様の効果を奏することができる。
Further, as shown in the cross-sectional view of the cavity portion of the modification of the biosensor of FIG. 9, in the
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記したもの以外に種々の変更を行なうことが可能であり、例えば、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を、複数種類組み合わせて適切に混合することにより、血液試料中の血球の移動を効果的に阻止したり、酵素層およびメディエータ層の拡散、混合が低減されてメディエータの還元を抑制する抑制効果を奏することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit thereof, for example, a double bond of an oxygen atom can be made. Properly mixing and mixing multiple types of hydrophilic polymers that do not have, effectively block the movement of blood cells in the blood sample, reduce the diffusion and mixing of the enzyme layer and mediator layer, reduce the mediator An inhibitory effect of suppressing reduction can be achieved.
また、上記したバイオセンサ100の反応層106に含まれる酵素およびメディエータの組合せを変更することによりエタノールセンサや乳酸センサなどを形成してもよい。
Further, an ethanol sensor, a lactic acid sensor, or the like may be formed by changing the combination of the enzyme and the mediator included in the
また、上記した実施形態では、バイオセンサ100は、作用極101および対極102を有する二極電極構造に形成されているが、参照極をさらに設けることによりバイオセンサ100を三極電極構造に形成してもよい。この場合、対極102を接地して電圧出力部により参照極に参照電位を印加した状態で、作用極101に対極102を基準とする所定電位を印加すればよい。
In the above-described embodiment, the
また、上記した実施形態では、作用極101と対極102との間に所定電圧を印加することにより、作用極101と対極102との間に流れる電流を監視することで、キャビティ103に血液試料が供給されたことが検出されるが、キャビティ103に試料が供給されたことを検知するための検知用電極をさらに設けてもよい。この場合、対極102と検知用電極との間に所定電圧を印加することにより、対極102と検知用電極との間に流れる電流を監視することで、キャビティ103に試料が供給されたことを検出すればよい。
In the above-described embodiment, a blood sample is placed in the cavity 103 by monitoring a current flowing between the working
また、バイオセンサ100を形成する電極層110、スペーサ層120およびカバー層130のうち、少なくともカバー層130は、キャビティ103に血液試料が供給されたことを視認できるように透明な部材で形成するのが望ましい。
In addition, of the
作用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、キャビティを形成するためのスリットが形成されて電極層に積層されるスペーサ層と、キャビティに連通する空気穴が形成されてスペーサ層に積層されるカバー層と、作用極および対極に設けられた反応層とを備えるバイオセンサに本発明を広く適用することができる。 An electrode layer provided with an electrode system including a working electrode and a counter electrode, a spacer layer in which slits for forming a cavity are formed and stacked on the electrode layer, and an air hole communicating with the cavity are formed in the spacer layer. The present invention can be widely applied to biosensors including a laminated cover layer and reaction layers provided on the working electrode and the counter electrode.
100 バイオセンサ
101 作用極
102 対極
103 キャビティ
104 スリット
105 空気穴
106 反応層
106a 親水層
106b 酵素層
106c メディエータ層
106d 中間層(第1中間層、第2中間層)
110 電極層
120 スペーサ層
130 カバー層DESCRIPTION OF
110
本発明は、作用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、キャビティを形成するためのスリットが形成されて電極層に積層されるスペーサ層と、キャビティに連通する空気穴が形成されてスペーサ層に積層されるカバー層と、作用極および対極に設けられた反応層とを備える、バイオセンサおよびその製造方法に関する。The present invention includes an electrode layer provided with an electrode system including a working electrode and a counter electrode, a spacer layer in which a slit for forming a cavity is formed and stacked on the electrode layer, and an air hole communicating with the cavity. a cover layer which is laminated on the spacer layer Te, and a reaction layer provided on the working electrode and the counter electrode, a method for manufacturing a biosensor and its.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、酵素層およびメディエータ層それぞれが酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含むことにより、長期間保管可能なバイオセンサ、ならびに当該バイオセンサを簡単に製造することができる技術を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems by including a hydrophilic polymer, each enzyme layer and mediator layer does not have a double bond oxygen atom, long-term storable biosensor, and It aims at providing the technique which can manufacture the said biosensor easily.
上記した目的を達成するために、本発明の第1態様は、絶縁性基板の一方面に作用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、スリットが形成されて、前記スリットが前記作用極および前記対極の先端側に配置されて前記電極層の前記一方面に積層されるスペーサ層と、前記電極層および前記スリットにより形成されて試料が供給されるキャビティと、前記キャビティに連通する空気穴が形成されて前記キャビティを被覆して前記スペーサ層に積層されるカバー層と、前記キャビティに露出する前記作用極および前記対極の先端側に設けられた反応層とを備えるバイオセンサの製造方法であって、測定対象物質と反応する酵素および酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む酵素層を形成する酵素層形成工程と、メディエータおよび酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含むメディエータ層を形成するメディエータ層形成工程とを有する反応層形成工程を備え、前 記反応層形成工程は、前記酵素層形成工程の前に実行される、酸素原子の二重結合を有す る親水性高分子を含む親水層を形成する親水層形成工程をさらに有することを特徴としている(請求項1)。In order to achieve the above-described object, according to the first aspect of the present invention, an electrode layer provided with an electrode system including a working electrode and a counter electrode is formed on one surface of an insulating substrate, and a slit is formed. A spacer layer disposed on the front side of the working electrode and the counter electrode and stacked on the one surface of the electrode layer, a cavity formed by the electrode layer and the slit and supplied with a sample, and communicated with the cavity Production of a biosensor comprising a cover layer that is formed with an air hole so as to cover the cavity and is laminated on the spacer layer, and a reaction layer provided on the tip side of the working electrode and the counter electrode exposed to the cavity a method, an enzyme layer forming step of forming an enzyme layer comprising a hydrophilic polymer having no double bonds of the enzyme and oxygen atoms that react with the analyte, mediator Comprising a reaction layer formation step and a mediator layer forming step of forming a mediator layer containing a hydrophilic polymer having no double bond oxygen atom and, before Symbol reaction layer forming step, the enzyme layer forming step It is performed before, and further comprising a hydrophilic layer formation step of forming a hydrophilic layer containing a hydrophilic polymer that have a double bond oxygen atom (claim 1).
さらに、前記反応層形成工程は、前記酵素層形成工程の前に実行される、酸素原子の二 重結合を有する親水性高分子を含む親水層を形成する親水層形成工程をさらに有している 。このため、酵素層が形成される前に、酸素原子の二重結合を有する親水性高分子を含む 親水層が親水層形成工程により形成されるが、一般的に、酸素原子の二重結合を有する親 水性高分子は、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子よりも血球等の移動を阻止す る効果が高い。したがって、電極層に設けられた親水層には、酸素原子の二重結合を有す る親水性高分子が含まれているため、バイオセンサのキャビティに例えば血液試料が供給 された場合に、親水層の親水性高分子により血液試料が効率よく濾過されて血液試料に含 まれる血球の移動が阻止されるので、血液試料のヘマトクリット値の差異に伴う測定精度 への影響を低減することができる。したがって、正確で信頼性の高いバイオセンサを提供 することができる。
また、前記反応層形成工程は、前記酵素層形成工程の後であって前記メディエータ層形成工程の前に実行される、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む第1中間層を形成する第1中間層形成工程をさらに有しているとよい(請求項2)。 Furthermore, the reaction layer forming step further includes a hydrophilic layer forming step of forming a hydrophilic layer including a hydrophilic polymer having a double bond of oxygen atoms, which is performed before the enzyme layer forming step . . Therefore, before the enzyme layer is formed, a hydrophilic layer containing a hydrophilic polymer having a double bond of oxygen atoms is formed by a hydrophilic layer forming step. parent aqueous polymer having the effect higher prevent the movement of the blood cells than the hydrophilic polymer that has no double bond oxygen atom. Accordingly, the hydrophilic layer provided on the electrode layer, for that having a double bond oxygen atoms hydrophilic polymer is included, for example, when a blood sample into the cavity of the biosensor is supplied, hydrophilic since the blood sample with a hydrophilic polymer layer move contains Murrell blood cells is inhibited is efficiently filtered blood sample, it is possible to reduce the influence on the measurement accuracy caused by the difference in the hematocrit value of the blood sample . Therefore, an accurate and highly reliable biosensor can be provided .
The reaction layer forming step is a first intermediate including a hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond, which is performed after the enzyme layer forming step and before the mediator layer forming step. It is good to further have the 1st intermediate | middle layer formation process which forms a layer (Claim 2).
また、前記反応層形成工程は、前記親水層形成工程の後であって前記酵素層形成工程の前に実行される、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む第2中間層を形成する第2中間層形成工程をさらに有しているとよい(請求項3)。The reaction layer forming step is a second intermediate including a hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond, which is performed after the hydrophilic layer forming step and before the enzyme layer forming step. It is good to further have the 2nd intermediate | middle layer formation process which forms a layer (Claim 3 ).
このように構成すると、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む第2中間層が、親水層と酵素層との間に第2中間層形成工程により形成されるため、親水層に含まれる酸素原子の二重結合を有する親水性高分子がメディエータ層に含まれるメディエータに接触するのが第2中間層により防止されるので、メディエータ層に含まれるメディエータが親水層の親水性高分子により還元されるのをさらに抑制することができる。
また、上記した目的を達成するために、本発明の第2態様は、絶縁性基板の一方面に作 用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、スリットが形成されて、前記スリッ トが前記作用極および前記対極の先端側に配置されて前記電極層の前記一方面に積層され るスペーサ層と、前記電極層および前記スリットにより形成されて試料が供給されるキャ ビティと、前記キャビティに連通する空気穴が形成されて前記キャビティを被覆して前記 スペーサ層に積層されるカバー層と、前記キャビティに露出する前記作用極および前記対 極の先端側に設けられた反応層とを備えるバイオセンサの製造方法であって、測定対象物 質と反応する酵素および酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む酵素層を形成 する酵素層形成工程と、メディエータおよび酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子 を含むメディエータ層を形成するメディエータ層形成工程とを有する反応層形成工程を備 え、前記反応層形成工程は、前記酵素層形成工程の前に実行される、酸素原子の二重結合 を有さない親水性高分子を含む還元抑制層を形成する還元抑制層形成工程をさらに有して いる。 If comprised in this way, since the 2nd intermediate | middle layer containing the hydrophilic polymer which does not have the double bond of an oxygen atom is formed by a 2nd intermediate | middle layer formation process between a hydrophilic layer and an enzyme layer, Since the second intermediate layer prevents the hydrophilic polymer having a double bond of oxygen atoms contained in the layer from contacting the mediator contained in the mediator layer, the mediator contained in the mediator layer is hydrophilic in the hydrophilic layer. Reduction by the polymer can be further suppressed.
In order to achieve the above object, a second aspect of the present invention, an insulating electrode layer electrode system is provided including a work for electrode and a counter electrode on one surface of the substrate, the slit is formed, the a spacer layer slit bets is Ru is laminated on the one surface of the electrode layer is disposed on the distal side of the working electrode and the counter electrode, and a calibration activity which the sample is supplied is formed by the electrode layer and the slit, a cover layer which is laminated on the spacer layer covers the cavity air hole is formed which communicates with the cavity, and a reaction layer wherein provided at the distal end of the working electrode and the counter electrode is exposed to the cavity a method of manufacturing a biosensor and a enzyme layer forming step of forming an enzyme layer comprising a hydrophilic polymer having no double bonds of the enzyme and oxygen atoms that react with the measurement target substances, media E Bei reaction layer formation step and a mediator layer forming step of forming a mediator layer containing a hydrophilic polymer having no double bonds over data and oxygen atoms, said reaction layer formation step, the enzyme layer formed The method further includes a reduction suppression layer forming step for forming a reduction suppression layer including a hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond, which is performed before the step .
このように構成すると、酸素原子の二重結合を有する親水性高分子として少なくともカルボキシメチルセルロースを含む親水層を電極層上に設けることにより、親水層に積層される試薬層が剥離するのを防止することができる。また、バイオセンサのキャビティに例えば血液試料が供給された場合に、親水層の親水性高分子により血液試料が濾過されて血液試料に含まれる血球の移動が阻止されるので、血液試料のヘマトクリット値の差異に伴う測定精度への影響を低減することができる。
さらに、上記した目的を達成するために、本発明の第3態様は、絶縁性基板の一方面に 作用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、スリットが形成されて、前記スリ ットが前記作用極および前記対極の先端側に配置されて前記電極層の前記一方面に積層さ れるスペーサ層と、前記電極層および前記スリットにより形成されて試料が供給されるキ ャビティと、前記キャビティに連通する空気穴が形成されて前記キャビティを被覆して前 記スペーサ層に積層されるカバー層と、前記キャビティに露出する前記作用極および前記 対極の先端側に設けられた反応層とを備えるバイオセンサであって、前記反応層では、酸 素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む還元抑制層上に、測定対象物質と反応す る酵素およびメディエータと、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む試薬層 が設けられ、前記試薬層は、前記酵素および前記酸素原子の二重結合を有さない親水性高 分子を含む酵素層と、前記メディエータおよび前記酸素原子の二重結合を有さない親水性 高分子を含むメディエータ層とを備えている。 If comprised in this way, it will prevent that the reagent layer laminated | stacked on a hydrophilic layer peels by providing the hydrophilic layer which contains at least carboxymethylcellulose as a hydrophilic polymer which has a double bond of an oxygen atom on an electrode layer. be able to. In addition, for example, when a blood sample is supplied to the cavity of the biosensor, the blood sample is filtered by the hydrophilic polymer of the hydrophilic layer and the movement of blood cells contained in the blood sample is prevented, so the hematocrit value of the blood sample It is possible to reduce the influence on the measurement accuracy due to the difference.
Furthermore, in order to achieve the above-described object, the third aspect of the present invention includes an electrode layer provided with an electrode system including a working electrode and a counter electrode on one surface of an insulating substrate, and a slit. a spacer layer is laminated on the one surface of the electrode layer Tsu bets is disposed on the distal end side of the working electrode and the counter electrode, and a key Yabiti which is formed the sample supplied by the electrode layer and the slit, a cover layer which is laminated before Symbol spacer layer covers the cavity air hole that communicates is formed in the cavity, and a reaction layer provided on the tip side of the working electrode and the counter electrode is exposed to the cavity a biosensor comprising a, in the reaction layer, the reduction suppressing layer containing a hydrophilic polymer having no double bond oxygen radicals, and enzyme and mediator you react with the analyte, Reagent layer containing a hydrophilic polymer having no double bonds atom is provided, wherein the reagent layer includes an enzyme layer comprising a hydrophilic high molecule that has no double bond of the enzyme and the oxygen atom And a mediator layer containing a hydrophilic polymer not having a double bond of the oxygen atom and the oxygen atom .
このように構成すると、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む第2中間層が、親水層と酵素層との間に第2中間層形成工程により形成されるため、親水層に含まれる酸素原子の二重結合を有する親水性高分子がメディエータ層に含まれるメディエータに接触するのが第2中間層により防止されるので、メディエータ層に含まれるメディエータが親水層の親水性高分子により還元されるのをさらに抑制することができる。
また、上記した目的を達成するために、本発明の第2態様は、絶縁性基板の一方面に作用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、スリットが形成されて、前記スリットが前記作用極および前記対極の先端側に配置されて前記電極層の前記一方面に積層されるスペーサ層と、前記電極層および前記スリットにより形成されて試料が供給されるキャビティと、前記キャビティに連通する空気穴が形成されて前記キャビティを被覆して前記スペーサ層に積層されるカバー層と、前記キャビティに露出する前記作用極および前記対極の先端側に設けられた反応層とを備えるバイオセンサの製造方法であって、測定対象物質と反応する酵素および酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む酵素層を形成する酵素層形成工程と、メディエータおよび酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含むメディエータ層を形成するメディエータ層形成工程とを有する反応層形成工程を備え、前記反応層形成工程は、前記酵素層形成工程の前に実行される、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含み前記メディエータの還元を抑制する還元抑制層を形成する還元抑制層形成工程をさらに有している(請求項4)。
If comprised in this way, since the 2nd intermediate | middle layer containing the hydrophilic polymer which does not have the double bond of an oxygen atom is formed by a 2nd intermediate | middle layer formation process between a hydrophilic layer and an enzyme layer, Since the second intermediate layer prevents the hydrophilic polymer having a double bond of oxygen atoms contained in the layer from contacting the mediator contained in the mediator layer, the mediator contained in the mediator layer is hydrophilic in the hydrophilic layer. Reduction by the polymer can be further suppressed.
In order to achieve the above-described object, the second aspect of the present invention includes an electrode layer provided with an electrode system including a working electrode and a counter electrode on one surface of an insulating substrate, and a slit, Is disposed on the tip side of the working electrode and the counter electrode and is laminated on the one surface of the electrode layer, a cavity formed by the electrode layer and the slit and supplied with a sample, and a cavity A biosensor comprising: a cover layer that is formed in a communicating air hole so as to cover the cavity and is stacked on the spacer layer; and a reaction layer provided on a tip side of the working electrode and the counter electrode exposed to the cavity An enzyme layer forming step of forming an enzyme layer containing an enzyme that reacts with a substance to be measured and a hydrophilic polymer that does not have a double bond of an oxygen atom; And a mediator layer forming step of forming a mediator layer including a mediator layer containing a hydrophilic polymer not having a double bond of oxygen atoms and oxygen atoms, wherein the reaction layer forming step includes the enzyme layer forming step of being performed before, it has an oxygen atom double bonds no hydrophilic polymer further reduction inhibiting layer forming step of forming a suppressing reduction suppressing layer reduction of unrealized said mediator (according Item 4) .
このように構成すると、酸素原子の二重結合を有する親水性高分子として少なくともカルボキシメチルセルロースを含む親水層を電極層上に設けることにより、親水層に積層される試薬層が剥離するのを防止することができる。また、バイオセンサのキャビティに例えば血液試料が供給された場合に、親水層の親水性高分子により血液試料が濾過されて血液試料に含まれる血球の移動が阻止されるので、血液試料のヘマトクリット値の差異に伴う測定精度への影響を低減することができる。
さらに、上記した目的を達成するために、本発明の第3態様は、絶縁性基板の一方面に作用極および対極を含む電極系が設けられた電極層と、スリットが形成されて、前記スリットが前記作用極および前記対極の先端側に配置されて前記電極層の前記一方面に積層されるスペーサ層と、前記電極層および前記スリットにより形成されて試料が供給されるキャビティと、前記キャビティに連通する空気穴が形成されて前記キャビティを被覆して前記スペーサ層に積層されるカバー層と、前記キャビティに露出する前記作用極および前記対極の先端側に設けられた反応層とを備えるバイオセンサであって、前記反応層では、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含み前記メディエータの還元を抑制する還元抑制層上に、測定対象物質と反応する酵素およびメディエータと、酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む試薬層が設けられ、前記試薬層は、前記酵素および前記酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む酵素層と、前記メディエータおよび前記酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含むメディエータ層とを備えている(請求項7)。
If comprised in this way, it will prevent that the reagent layer laminated | stacked on a hydrophilic layer peels by providing the hydrophilic layer which contains at least carboxymethylcellulose as a hydrophilic polymer which has a double bond of an oxygen atom on an electrode layer. be able to. In addition, for example, when a blood sample is supplied to the cavity of the biosensor, the blood sample is filtered by the hydrophilic polymer of the hydrophilic layer and the movement of blood cells contained in the blood sample is prevented, so the hematocrit value of the blood sample It is possible to reduce the influence on the measurement accuracy due to the difference.
Furthermore, in order to achieve the above-described object, the third aspect of the present invention includes an electrode layer provided with an electrode system including a working electrode and a counter electrode on one surface of an insulating substrate, and a slit formed therein. Is disposed on the tip side of the working electrode and the counter electrode and is laminated on the one surface of the electrode layer, a cavity formed by the electrode layer and the slit and supplied with a sample, and a cavity A biosensor comprising: a cover layer that is formed in a communicating air hole so as to cover the cavity and is stacked on the spacer layer; and a reaction layer provided on a tip side of the working electrode and the counter electrode exposed to the cavity a is, in the reaction layer, the hydrophilic polymer that has no double bond oxygen atoms to suppress the reduction suppressing layer reduction of unrealized the mediator analyte and anti And a reagent layer containing a hydrophilic polymer that does not have a double bond of an oxygen atom, and the reagent layer has a high hydrophilicity that does not have a double bond of the enzyme and the oxygen atom. An enzyme layer including a molecule and a mediator layer including a hydrophilic polymer not having a double bond of the mediator and the oxygen atom are provided (claim 7) .
Claims (6)
スリットが形成されて、前記スリットが前記作用極および前記対極の先端側に配置されて前記電極層の前記一方面に積層されるスペーサ層と、
前記電極層および前記スリットにより形成されて試料が供給されるキャビティと、
前記キャビティに連通する空気穴が形成されて前記キャビティを被覆して前記スペーサ層に積層されるカバー層と、
前記キャビティに露出する前記作用極および前記対極の先端側に設けられた反応層とを備えるバイオセンサの製造方法において、
測定対象物質と反応する酵素および酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含む酵素層を形成する酵素層形成工程と、
メディエータおよび酸素原子の二重結合を有さない親水性高分子を含むメディエータ層を形成するメディエータ層形成工程と
を有する反応層形成工程を備えることを特徴とするバイオセンサの製造方法。An electrode layer provided with an electrode system including a working electrode and a counter electrode on one surface of an insulating substrate;
A spacer layer formed on the one surface of the electrode layer, the slit being formed on the tip side of the working electrode and the counter electrode;
A cavity formed by the electrode layer and the slit and supplied with a sample;
An air hole communicating with the cavity to cover the cavity and be laminated on the spacer layer;
In a method for producing a biosensor comprising the working electrode exposed in the cavity and a reaction layer provided on a tip side of the counter electrode,
An enzyme layer forming step of forming an enzyme layer containing an enzyme that reacts with a substance to be measured and a hydrophilic polymer that does not have a double bond of an oxygen atom;
A biosensor manufacturing method comprising: a reaction layer forming step including a mediator layer forming step of forming a mediator layer containing a mediator and a hydrophilic polymer having no oxygen atom double bond.
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